Đánh giá phát thải khí CH4 phát sinh trong hoạt động sản xuất và tiêu thụ biogas tại ba trang trại chăn nuôi ở huyện lương sơn, tỉnh hòa bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC

HOÀNG TRUNG HIẾU

ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG
HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI
BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN,
TỈNH HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

HÀ NỘI – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SAU ĐẠI HỌC

HOÀNG TRUNG HIẾU

ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG
HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI
BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN,
TỈNH HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Lƣu Đức Hải

HÀ NỘI – 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này công trình nghiên cứu do cá nhân tôi thực
hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS Lƣu Đức Hải, không sao chép các
công trình nghiên cứu của ngƣời khác. Số liệu và kết quả của luận văn chƣa từng
đƣợc công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác.
Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, đƣợc
trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách.
Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn.

Tác giả

Hoàng Trung Hiếu


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận đƣợc nhiều sự giúp
đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy cô, Gia đình và Bạn bè.
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lƣu Đức Hải ngƣời đã hƣớng
dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy, Cô đã dạy tôi
trong suốt thời gian học cao học chuyên ngành Biến đổi khí hậu, cảm ơn Qúy
Thầy, Cô trong khoa Sau Đại Học, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều
kiện để tôi hoàn thành khóa học này.

Tôi xin cảm ơn đến các anh chị, các bạn trong lớp Biến đổi khí hậu K3,
những ngƣời luôn động viên và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các anh Phạm Hùng Triệu, Lê Đức Minh,
Nguyễn Minh Huấn ba chủ trang trại đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có thể
hoàn thành luận văn đúng thời gian quy định.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1.Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2.Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2
3.Dự kiến đóng góp của đề tài ................................................................................ 2
4.Bố cục đề tài ........................................................................................................ 3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT THẢI KHÍ
NHÀ KÍNH CỦA HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI VÀ HỆ THỐNG BIOGAS .......... 4
1.1. Biến đổi khí hậu và phát thải khí nhà kính ...................................................... 4
1.2. Phát thải KNK (CH4) trong hoạt động Chăn nuôi ......................................... 12
1.3. Ảnh hƣởng của hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải KNK (CH4) ......... 19
1.4. Giới thiệu về huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hòa Bình ............................................ 27
CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 29
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 29
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 30
CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT THẢI KHÍ CH4 VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP CHO CÁC TRANG TRẠI NGHIÊN CỨU .............................................. 36

3.1. Hiện trạng sản xuất và sử dụng Biogas các trang trại nghiên cứu ................. 36
3.2. Phân tích và đánh giá sự phát thải khí CH4 trong hệ thống Biogas của ba
Trang trại nghiên cứu ........................................................................................... 38
3.3. Các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 trong hệ thống biogas của các
trang trại nghiên cứu............................................................................................. 50
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 56
KIẾN NGHỊ ......................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 58
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 61


BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
AGA

: The animal production and Health division of FAO: Cơ
quan chăn nuôi và thú y của FAO.

AHDB

: Agriculture and horticulture development board: Hội
đồng nông nghiệp và phát triển trồng trọt.

Ar

: Khí Argon.

AR5

: Fifth Assesment Report: Báo cáo lần 5.

BĐKH

: Biến đổi khí hậu.

CH4

: Khí Methane.

CO2

: Khí Cacbon dioxit.

CO2e

: Lƣợng CO2 tƣơng đƣơng.

DE

: Effects of Digestibility: Tỷ lệ tiêu hóa thức ăn.

DNTN SX-DT-TM : Doanh nghiệp tƣ nhân sản xuất, dịch vụ, thƣơng mại.
EF

: Emission factor: Hệ số phát thải.

FAO

: Food and Agriculture Organization of the United
Nations: Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên hợp
Quốc.

FRL

: Front rông lạnh.

GAW

: Global Atmosphere Watch: Chƣơng trình giám sát Khí
quyển toàn cầu.

Gt

: Gigatonnes = 109 tones.

GWP

: Global Warming Potentinal: Hiệu suất nóng dần lên của Trái đất.

H2O

: Hơi nƣớc.

He

: Khí Heli.

HFCs

: Khí Hyđrofuor carbon.

IPCC

: Intergovernmental Panel on Climate Change: Ủy ban liên
chính phú về Biến đổi khí hậu.

KNK

: Khí nhà kính.

KP

: Kyoto Protocol: Nghị định thƣ Kyoto.

KSH

: Khí sinh học.

MCF

: Methane Conversion factor: Hiệu suất sinh khí Methane.

MS

: Management system: Hệ thống quản lý.


Mt

: Million tones: Triệu tấn.

N2O

: Khí Nito oxit.

NH3

: Khí Amoniac.

NN&PTNT

: Nông nghiệp và phát triển Nông thôn.

O3

: Khí Ôzôn.

PFCs

: Khí Perfluorocarbon.

Ppb

: part per billion: một phần tỷ = 10-3 ppm.

Ppm

: part per million: một phần triệu.

SF6

: Khí Sulphur Hex flouride.

TB

: Trung bình.

TNHH

: Trách nhiệm hữu hạn.

TNMT

: Tài nguyên môi trƣờng.

TT

: Trung Tâm.

Ttb

: Nhiệt độ trung bình.

UNEP

: United nations environment Programme: Chƣơng trình
Môi trƣờng Liên hợp quốc.

UNFCCC

: United nations framework convention on climate change:

Công ƣớc khung của Liên hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu.

VS

: Volatile Solids: Chất khô.

WMO

: World Meteorological Organization: Tổ chức Khí tƣợng Thế
giới

XTNĐ

: Xoáy thuận Nhiệt đới.


DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
1. Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1: Mức tăng nhiệt độ và mức thay đổi lƣợng mƣa theo xu thế trong 50
năm qua ở các vùng khí hậu và trung bình cho cả nƣớc ........................................ 7
Bảng 1.2: Một số đ c trƣng về biến đổi của tần số FRL ........................................ 8
Bảng 1.3: Hàm lƣợng trung bình của không khí .................................................. 10
Bảng 1.4: Mức độ gây hại của một số khí nhà kính ............................................. 12
Bảng 1.5: Số lƣợng gia súc, gia cầm từ năm 2010 đến năm 2014 ....................... 16
Bảng 1.6: Lƣợng KNK trong chăn nuôi ở Việt Nam năm 2010 ( nghìn tấn CO2e)...... 16
Bảng 1.7. Tổng lƣợng khí Methane từ chất thải gia súc (năm 2010 ................... 17
Bảng 1.8: Thành phần của khí sinh học ............................................................... 19
Bảng 3.1: Thông tin các nhóm lợn của Trang trại 1 ............................................ 39
Bảng 3.2: Thông tin các nhóm lợn của Trang trại 2 ............................................ 41
Bảng 3.3: Thông tin các nhóm lợn của Trang trại 3 ............................................ 43

Bảng 3.4: Dữ liệu về việc sử dụng KSH trong một tháng của các trang trại ....... 45
Bảng 3.5: Sản xuất và tiêu thụ biogas của ba trang trại chăn nuôi ...................... 48
Bảng 3.6: Quy đổi Khí sinh học sang các dạng năng lƣợng khác........................ 54
Bảng 3.7: Số tiền tiết kiệm đƣợc sau khi quy đổi ................................................ 55
Bảng P1.1: Hiệu suất sinh khí Methane (MCFs và tỷ lệ % chất thải theo kiểu
thu gom ................................................................................................................. 61
2. Danh mục hình
Hình 1.1: Ƣớc tính lƣợng phát thải KNK theo các loài ....................................... 14
Hình 1.2: Lƣợng phát thải khí nhà kính toàn cầu từ chăn nuôi lợn .................... 15
Hình 1.3: Sơ đồ các cách Quản lý phân ở miền Bắc Việt Nam ........................... 18
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống Biogas thông dụng ...................................................... 19
Hình 1.5: Hầm biogas nắp trôi nổi ....................................................................... 20
Hình 1.6: Hầm biogas nắp cố định ....................................................................... 21
Hình 1.7: Hầm biogas dạng túi ủ.......................................................................... 21
Hình 1.8: Hầm biogas VACVINA cải tiến .......................................................... 22
Hình 1.9: Sơ đồ quá trình vi sinh hóa lên men Methane ..................................... 23
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải bằng hầm biogas của Trang trại 1 ..... 36
Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải bằng hầm biogas của Trang trại 2 ..... 37
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải bằng hầm biogas của Trang trại 3 ..... 38
Hình 3.4: Sơ đồ lọc khí và nén khí sinh học sạch……………………………….51
Hình P2.1: Bốn dãy chuồng chăn nuôi của Trang trại 2 ...................................... 62
Hình P2.2: Hệ thống quạt thông gió và rãnh thu gom chất thải chăn nuôi .......... 62
Hình P2.3: Kiểm tra trọng lƣợng của lợn ............................................................. 62


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu đang là vấn đề nóng bỏng đƣợc cộng đồng Thế giới quan
tâm. Theo [12] thì nhiệt độ bề m t vào cuối thế kỷ 21 có thể vƣợt quá 1,50C so
với thời kỳ 1850 – 1900 đối với hầu hết các kịch bản và có thể vƣợt quá 20C

trong nhiều kịch bản. M t khác, từ giữa thế kỷ 19, tỷ lệ mực nƣớc biển đã tăng
lên đáng kể so với tỷ lệ trung bình trong hai thiên niên kỷ trƣớc đó, giai đoạn từ
1901 – 2010, mực nƣớc biển trung bình toàn cầu đã tăng 0,19 m. Nhiệt độ Trái
đất tăng lên vì sự gia tăng của nồng độ khí nhà kính trong Khí quyển do các hoạt
động của con ngƣời. Đó chính là sự phát thải CO2 do đốt các nhiên liệu hóa
thạch, phá rừng nhiệt đới và sự phát thải CH4, CO2, N2O,… từ nông nghiệp và
chăn nuôi [20]. Cũng theo [12], thì nồng độ của các khí CO2, CH4, N2O trong
không khí đã tăng lên mức chƣa từng thấy trong ít nhất 800.000 năm qua. Nồng
độ CO2 đã tăng lên 40% kể từ thời tiền công nghiệp.
Theo [11], chăn nuôi là ngành kinh tế phát thải khí nhà kính đạt 7,1
Gigatonnes (Gt) CO2e mỗi năm, chiếm 14,5% lƣợng phát thải khí nhà kính do
con ngƣời gây ra. Vì vậy, Chăn nuôi là tác nhân đóng góp vào nguyên nhân gây
biến đổi khí hậu Trái đất. Trong đó, chăn nuôi lợn lƣợng phát thải ƣớc tính đạt
688 MtCO2e (chiếm 9% của lƣợng khí thải ngành Chăn nuôi). Nguồn phát thải
chính do sản xuất thức ăn và lƣu trữ, xử lý phân.
Sản xuất thức ăn: đóng góp khoảng 48% lƣợng khí thải. Trong đó, 12,7%
lƣợng khí thải liên quan đến mở rộng đất trồng thức ăn chăn nuôi, 27% lƣợng khí
thải liên quan đến phân bón, máy móc và vận tải thức ăn.
Lưu trữ và xử lý phân là nguồn phát thải lớn thứ hai chiếm 27,4 % của
lƣợng khí thải trong chăn nuôi lợn. Hầu hết lƣợng khí thải ở dạng CH4 chiếm
19,2% (chủ yếu từ hệ thống lƣu trữ yếm khí , còn lại là N2O chiếm 8,2 %.
Ở Việt Nam, theo [19], thì ngành nông nghiệp phát thải lƣợng khí nhà
kính là 83,3 triệu tấn CO2e. Trong đó, chăn nuôi phát thải 8,84 MtCO2e (Lên
men tiêu hóa: 9.467,51 nghìn tấn CO2e, quản lý phân bón: 8.560 nghìn tấn
CO2e).
1


Để giảm phát thải khí nhà kính cũng nhƣ quản lý đƣợc các khí phát thải từ
chăn nuôi, thì việc sử dụng các bể biogas là lựa chọn tốt nhất hiện nay. Theo [17],

các bể biogas có lợi ích về kinh tế, môi trƣờng và xã hội: giảm công việc và thời
gian cho nông dân đi thu thập và mua nhiên liệu cho nấu ăn, tạo môi trƣờng trong
sạch. Nghiên cứu [18] cho thấy: Khí sinh học là nguồn nhiên liệu tái sinh rẻ nhất
ở vùng nông thôn. Khí sinh học giúp bảo vệ môi trƣờng, vì thay đƣợc củi, giảm
phá rừng, giảm phát thải khí nhà kính vào bầu Khí quyển.
Cũng nhƣ các nƣớc khác, ở Việt Nam chƣơng trình khí sinh học của chăn
nuôi đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1960, với mục đích xây
dựng ngành khí sinh học phát triển theo hƣớng bền vững, góp phần xử lý chất
thải vật nuôi, bảo vệ môi trƣờng và giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Tuy
nhiên, trong quá trình sử dụng, ngƣời dân chƣa sử dụng hiệu quả nguồn năng
lƣợng mới này, gây thất thoát khí sinh học ra ngoài môi trƣờng, càng làm gia
tăng lƣợng khí CH4 vào bầu Khí quyển. Do đó, đề tài: Đánh giá phát thải khí
CH4 phát sinh trong hoạt động sản xuất và tiêu thụ Biogas tại ba trang trại chăn
nuôi ở Huyện Lương Sơn, Tỉnh Hòa Bình. Nhằm đánh giá lại hiệu quả sử dụng
Biogas của ngƣời dân, đồng thời tìm ra giải pháp hữu hiệu nhất làm giảm phát
thải khí nhà kính và tăng đƣợc lợi ích kinh tế cho các chủ hộ. Đề tài nghiên cứu
trên ba trang trại chăn nuôi lợn có sử dụng bể biogas. Trong đó, có hai trang trại
chăn nuôi của DNTN SX-DV-TM Minh Đức, một trang trại chăn nuôi của công
ty TNHH Thành Long. Và ba trang trại này đều đóng trên địa bàn huyện Lƣơng
Sơn, tỉnh Hòa Bình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá đƣợc sự phát thải khí CH4 vào bầu Khí quyển trong quá trình sản
xuất và tiêu thụ Biogas tại các trang trại. Từ đó, đề xuất đƣợc các giải pháp giảm
thiểu phát thải khí CH4 và làm tăng lợi ích kinh tế cho ngƣời dân.
3. Dự kiến đóng góp của đề tài
Đánh giá đƣợc tình hình sử dụng Biogas của các trang trại nghiên cứu nói
riêng và định hƣớng cho các đánh giá khác sau này về sự phát thải khí CH4 trong
các trang trại chăn nuôi.

2

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Hoàng Kim Giao (Chủ biên (2011 , Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia
đình (tài liệu dùng để tập huấn cho kỹ thuật viên về khí sinh học), NXB Văn
phòng dự án khí sinh học Trung Ƣơng, Hà Nội, tr.6, 17-19, 90.
2. Hoàng Trung Hiếu (đăng 7/2015 , “ Nguy cơ gia phát thải khí Methane từ các hệ
thống Biogas”, NXB Tạp chí Kinh tế Môi trƣờng.
3. Lƣu Đức Hải và nnk (2010 , Tập bài giảng giáo dục ứng phó với biến đổi khí
hậu trong các trường cao đẳng kỹ thuật.
4. Nguyễn Hồng Sơn (2011 , PPT Phân loại, đánh giá các loại hầm Biogas, Hà Nội.
5. Tổng cục Thống kê (2012 , Kết quả tổng điều tra nông thôn, nông nghiệp và
thủy sản năm 2011, NXB Thống Kê, tr. 332-334
6. Tổng cục Thống kê (2014 , Niên giám thống kê (tóm tắt), NXB Thống kê, tr.109
7. Trần Thục, Nguyễn Trọng Hiệu, Nguyễn Văn Thắng, Phạm Thị Lan Hƣơng,
Nguyễn Thị Lan, Vũ Văn Thăng (2010 , Biến đổi khí hậu và tác động ở Việt
Nam, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, Chƣơng 4, tr.112 - 218.
8. Trƣơng Quang Học (Chủ biên (2011 , Hỏi và đáp về Biến đổi khí hậu, NXB
Trung tâm phát triển nông thôn bền vững, Hà Nội, tr.12,16.
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
9. AHDB (2012), Pigs and the environment – How the global pork business is
reducing its impact, Publish BPEX, United Kingdom, pp. 3-5.
10. FAO (2006), Livestock’s long shadow - environmental issues and options,
Publish FAO, pp. 112-114.
11. FAO (2013), Tackling climate change through livestock – A global assessment
of emissions and mitigation opportunities, Publish FAO, pp.15-16, 35.
12. Intergovermental Panel on Climate Change (IPCC) (2007), Climate change
2007: Synthesis report, pp.30.
13. IPCC (1996), Guidelines for national Greenhouse Gas Inventories:

Reference Manual, Chapter 4: Agriculture.
14. IPCC (2000), Good Practice Guidance and Uncertainty Management in
National Greenhouse Gas Inventories, Chapter 4: Agriculture.
15. IPCC (2006), Guidelines for national Greenhouse Gas Inventories, Volume
4: Agriculture, Forestry and Other Land Use, Chapter 10: Emissions from
Livestock and manure management.
58


16. IPCC (2007), Glossary of Synthesis report AR4, Annex II: Glossary, pp.81, 82
17. Maria Westerholm (2012), Biogas production through the Syntrophic
Acetate-Oxidising Pathway, pp. 19-20.
18. Mette Ide Lauridsen (1998),“Evaluation of the impact on women's lives of
the introduction of low cost polyethylene biodigesters on farms in villages
around Ho Chi Minh City, Vietnam”,Livestock Research for Rural
Development, Volume 10, Number 3.
19. Ministry of natural resources and environment Viet Nam (2014), The initial
biennial updated report of Viet Nam to UNFCCC, Viet Nam Publishing house
of Natural resources Environment and Cartography, pp. 14,23, 34-40.
20. Najeh Dali (2008 , “Principal guidelines for a National Climate Change Strategy:
Adaptation, mitigation and international solidarity”, pp.1, in Proceedings
International Coference – Livestock and global Climate Change 2008.
21. Peter Jacob Jørgensen (2009 , Biogas – Green energy, Publish Faculty of
Agricultural Sciences, Aarhus University, pp.4.
22. Ramesh Babu Nallamothu, Abyot Teferra, B.V. Appa Rao (2013), Biogas
purification, compression and bottling, Vol 2, pp. 35 -38.
23. Rob Bailey, Antony Froggatt and Laura Wellesley (12/2014), Livestock –
Climate Change’s Forgotten Sector_Global public opinion on Meat and
Dairy consumption, publish the Royal Institute of International Affairs
Chatham House, Lon Don, pp.7.

24. T.K.V.Vu, M.T.Tran, T.T.S.Dang (2007 , “A survey of manure management
on pig farms in Northern VietNam”, Livestock Science, No. 112, pp. 294.
25. WMO (2014), “The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on
Global Observations through 2013”, WMO green house gas bulletin, No.10,
9/9/2014.
TÀI LIỆU MẠNG
26. Công ty TNHH Dairy Việt Nam (2014 , Tình hình chăn nuôi thế giới và khu
vực, mục Sữa thế giới, < />27. TT Tƣ vấn Công nghiệp và Tiết kiệm năng lƣợng tỉnh Thừa Thiên Huế,
11/7/2014, Tìm hiểu các loại khí gây hiệu ứng nhà kính, mục Tin tức – sự
kiện, < />28. Thùy Dung, 14/5/2014, Các loại khí chính gây ra biến đổi khí hậu, mục Biến
đổi khí hậu – Biểu hiện và Nguyên nhân,
59


< />doi_khi_hau.aspx>.
29. Trang thông tin điện tử huyện Lƣơng Sơn, 21/5/2014, Điều kiện tự nhiên, mục
Tổng hợp tin, < />30. Trang thông tin điện tử huyện Lƣơng Sơn, 21/5/2014, Giới thiệu về huyện Lƣơng
Sơn, mục Tổng hợp tin, < />
60